其他纤维生产工艺及应用领域介绍

一、陶瓷纤维

具有陶瓷化学组分的纤维称为陶瓷纤维。陶瓷纤维是先进复合材料高性能增强纤维的重要品种。陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而在机械、冶金、化工、石油、交通运输、船舶、电子及轻工业部门都得到广泛的应用，在航空航天与原子能等尖端科学技术部门的应用亦日益增多，发展前景十分看好。陶瓷纤维按组分分类可分为氧化物系和非氧化物系。氧化物系主要品种有氧化铝、氧化锆、氧化铍、氧化镁、氧化钛等纤维；非氧化物系主要品种有碳化硅、氮化硼、二硼化钛、硼及碳（石墨）等纤维。陶瓷纤维可广泛应用于增强金属、增韧陶瓷和强化树脂等。陶瓷纤维在我国起步较晚，但一直保持着持续发展的势头，我国已发展成为世界陶瓷纤维生产大国。

（一）制备

陶瓷纤维应用范围的扩大，促进了陶瓷纤维品种和陶瓷纤维制备工艺的发展。不同种类和性能的陶瓷纤维的制备方法也不尽相同，下面是几种典型的陶瓷纤维的制备方法。

1.电弧法喷吹成纤法　电弧法喷吹成纤工艺路线见图2-26，电弧法喷吹成纤工艺仅能生产单一的普通硅酸铝非晶质纤维棉，硬质黏土熟料为其唯一的原料。

图2-26　电弧法喷吹成纤工艺

2.电阻法　电阻法喷吹和甩丝成纤工艺见图2-27，电阻法喷吹和甩丝成纤工艺不仅可以天然硬质黏土熟料为原料制备低档标准型硅酸铝纤维，又能以工业氧化铝粉、硅石粉、锆英砂等粉料组成的合成料制备低档高纯硅酸铝纤维、中档高铝型、含锆型硅酸铝纤维。

图2-27　电阻法喷吹和甩丝成纤工艺

3.胶体法　胶体法亦称挤压法，其工艺流程见图2-28。美国3M公司开发的一种方法。在含有HCOO-、CH2COO-等离子的氧化铝凝胶中混入适量的硅溶胶和硼酸，浓缩成纺丝溶液，直接挤出成纤维，在1000℃以上于张力下烧成连续氧化铝纤维。

图2-28　胶体法制备陶瓷纤维工艺

图2-29　模板法制备陶瓷纤维工艺

4.模板法　模板法又称浸渍法，其工艺流程见图2-29。模板法制备陶瓷纤维工艺是一种非常有效的制备金属氧化物陶瓷纤维的方法。以有机纤维为模板，通过浸渍将金属离子浸入高分子的非晶区，经过热处理，将有机高分子除去，将金属离子烧结为金属氧化物陶瓷。该方法工艺简单，成型温度低。东华大学利用上述方法，制备了一系列氧化反应（聚合）。所制备的氧化锆纤维布用作大功率镍氢电池隔膜，氧化钛布作为光催化材料，高纯氧化铝布作为隔热材料等。

（二）结构和性能

陶瓷是由两种或两种以上的元素组成，大部分陶瓷是金属和非金属化合物。原子间作用力是由纯离子键或全共价键或者离子键和共价键共同组成。具体有什么价键取决于原子的电负性。虽然陶瓷材料的原子间作用力主要来自原子，但晶体的结构取决于组分原子的电价；金属离子（或者阳离子）显正价，而非金属离子（阴离子）显负价。组分正负离子的电荷数和相对尺寸大小影响着晶体的结构。稳定的陶瓷晶体结构的配位数跟阳阴离子的半径比相关。

（三）典型的陶瓷纤维与特点

1.氧化铝纤维　氧化铝纤维是Al2O3多晶连续纤维。Al2O3纤维的种类有α-Al2O3、γ-Al2O3和δ-Al2O3连续纤维以及短纤维。除优异的力学性能、稳定的化学性质外，还有优越的热性能，多用于高温结构材料和高温绝缘滤波器材料。其应用前景广阔，尤其在航天航空领域大有前景，氧化铝纤维的主要成分为Al2O3，有的还含有SiO2和B2O3等成分，使用温度在1500～1600℃，是新型超轻质高温耐火纤维材料，具有优异的高温力学性能、良好的抗化学侵蚀能力；与碳纤维和金属纤维相比，可以在更高温度下保持很好的拉伸强度；热伸缩系数低，易制作尺寸稳定的产品；其表面活性好，易与金属和陶瓷基体复合；另外，还具有热导率小等优点。由于Al2O3的熔点高（约2100℃），且熔化后的黏度很低，用传统的熔融纺丝法无法制备氧化铝纤维。其生产工艺有淤浆法、溶胶—凝胶法、预聚合法、基体纤维浸渍溶液法等。1979年，美国DuPont公司利用淤浆法最早生产出含Al2O399.9%、直径为20μm、商品牌号为FP的氧化铝纤维。由于该纤维的断裂伸长率仅为0.29%，限制了其应用，最终停止了生产。目前，已经商品化生产的连续氧化铝纤维有日本Mitsui Mining公司的Almax、日本Sumitomo公司的Altex和美国3M公司生产的Nextel系列产品。表2-32是美国3M公司利用溶胶—凝胶法生产的Al2O3基Nextel系列纤维的基本性能。

表2-32　美国3M公司Nextel系列纤维的基本性能

（1）工业高温领域的应用。氧化铝短纤维具有突出的耐高温性能，主要用作绝热耐火材料，在冶金炉、陶瓷烧结炉或其他高温炉中作护身衬里的隔热材料。氧化铝纤维在高温炉中使用节能效果比一般的耐火砖或高温涂料好，节能量远大于散热损失量，其原因不仅是因为减少了散热损失，更主要的是强化了炉气对炉壁的对流传热，使炉壁能得到更多的热量，再通过辐射传给物料，从而提高了物料的加热速度和生产能力。由于其密度小、绝热性好、热容量小，不仅可以减轻炉体质量，而且可以提高控温精度，节能效果显著。多晶氧化铝纤维在高档耐火材料领域及烘干烘烤等行业的市场潜力巨大，这主要是利用它超高的使用温度、优良的隔热保温性能，可明显提高燃烧效率并节约能源。在这些领域，多晶氧化铝纤维的附加值相当高。

（2）增强复合材料领域的应用。由于氧化铝纤维与金属基体的浸润性良好，界面反应较小，其复合材料的力学性能、耐磨性、硬度均有提高，线胀系数降低。氧化铝纤维增强的金属基复合材料已在汽车活塞槽部件和旋转气体压缩机叶片中得到应用。又由于氧化铝纤维与树脂基体结合良好，比玻璃纤维的弹性大，比碳纤维的压缩强度高，所以，氧化铝树脂复合材料正逐步在一些领域取代玻璃纤维和碳纤维。特别是在文体用品方面，可制成各种颜色的高强度钓鱼杆、高尔夫球、滑雪板、网球拍等。氧化铝长纤维增强金属基复合材料主要应用于高负荷的机械零件和高温高速旋转零件以及有轻量化要求的高功能构件，如汽车连杆、传动杆、刹车片等零件及直升飞机的传动装置等。

（3）其他相关领域的应用。由于良好的耐化学腐蚀性能，氧化铝纤维可用于环保和再循环技术领域。如焚烧电子废料的设备，历经多年运转，氧化铝纤维仍显示出优良的抗腐蚀性能，也可用于汽车废气设备上作陶瓷整体衬，其特点是结构稳定。Safil氧化铝纤维可用于铝合金活塞，它的优点是当温度上升时膨胀较小，比纯合金减少约25%，使活塞和汽缸之间吻合好，可节省燃料。莫来石纤维是氧化铝基纤维的主要品种，在结构上主要是以莫来石微晶相的形式存在。与一般氧化铝基纤维相比，莫来石纤维具有更好的耐高温性，使用温度在1500～1600℃，特别是高温抗蠕变性和抗热震性均有很大提高。莫来石短纤维作为耐热材料，在航天工业上已得到重要应用。美国航天飞机已采用硼硅酸铝纤维来制造隔热瓦和柔性隔热材料。莫来石纤维与陶瓷基体界面热膨胀率和导热率非常接近，莫来石纤维的加入可以提高陶瓷基体的韧性、冲击强度，在耐热复合材料的开发中发展很快。采用连续莫来石纤维增强的金属基与陶瓷基复合材料，可用于超音速飞机，也可制造液体火箭发动机的喷管和垫圈，能在2200℃以上使用。

2.碳化硅纤维　碳化硅纤维是典型的陶瓷纤维，在形态上有晶须和连续纤维两种。

（1）碳化硅纤维的制备方法。

①化学气相沉积法。其生产原理是：通过甲基氯硅烷（如甲基三氯硅烷）类化合物气体与氢气混合，在一定温度下发生化学反应，生成的SiC微晶沉积在细钨丝或碳纤维等基体上，再经过热处理从而获得含有芯材的复合SiC纤维。其反应机理是：使化合物以气态形式同被处理的部件接触，在一定条件下，气相中的化合物发生热解或彼此间发生化学反应，反应物以固态形式沉积在被涂件表面上成为涂层。

最基本的化学气相沉积装置包括两个加热区域：第一个区域温度较低，维持涂层材料源蒸发并保持其蒸汽压不变；第二个区域是高温区，使气体中的化合物发生分解和反应，载流气体携带材料源蒸汽从蒸发区进入反应区。基体是指沉积物附着的固体，其材料要求能耐沉积温度，不和气态物反应，沉积物厚度较小时能附在基体上，作为基体的涂层，这时要求沉积物和基体有着良好的附着力；而当沉积物厚度较大时，作为独立的部分能从基体剥离，这时可以选择比沉积物的膨胀系数大的材料作基体。

②有机合成物烧结法。先驱体转化法是以有机聚合物（一般为有机金属聚合物）为先驱体，利用其可溶、可熔等特性成型后，经高温热分解处理，使之从有机化合物转变为无机陶瓷材料的方法。典型的工艺路线见图2-30。

由于先驱体法制备的连续SiC纤维比CVD法的制备成本低、生产效率高，更适用于工业化生产，因此，先驱体法制得的SiC纤维正逐渐成为研究与应用的主流。先驱体聚合物的性质对纤维的性能有着重要的影响。好的先驱体应具有以下特点：流变性好，具有一定的活性基团，裂解后基本无杂质，陶瓷产率和密度较高，具有裂解产物微观结构的可控性和可选择性。

图2-30　SiC纤维制备工艺图

③活性炭纤维转化法。利用气态的二氧化硅与多孔活性炭纤维反应转化生成SiC纤维。

（2）碳化硅纤维的性能。由于碳化硅纤维是由均匀分散的微晶组成，内聚力极大，应力能沿着致密的粒子界面消散，因此，纤维的抗拉强度和拉伸模量大，用先驱体法制得的纤维抗张强度为2.5GPa，模量为200GPa；而用CVD法，纤维的抗张强度为3.4GPa，模量为400GPa。目前，Nippon Carbon公司生产的Nicalon碳化硅纤维主要有3个品种（表2-33）。

（3）SiC纤维的应用。SiC由于其优异的性能，在耐热材料和复合材料方面有重要的应用。一般SiC纤维可以在1000℃下长期使用，在1200℃下短期使用。优异的耐热性，使得SiC纤维成为航空航天等领域的关键耐热材料（表2-34）。

表2-33　SiC纤维的性能

表2-34　SiC纤维在耐热方面的应用

美国宇航局（NASA）将Nicalon纤维的织布用作航天飞机外壁防热瓦的耐热密封材料。采用这种材料替代别的耐热材料，有效地解决了航天飞机进入大气层时受热膨胀使防热瓦剥离的问题。

Nicalon增强铝基复合材料的特性。研究表明，即使纤维体积含量为30%的Al基复合材料，其弯曲强度仍为超硬铝的1.8倍，拉伸强度为超硬铝的1.3倍。作为结构材料用至少减重40%，而且在400℃以下材料的强度降低幅度不大，而特超硬铝随温度升高，强度明显下降，在200℃时是常温强度的1/5以下。实际上Nicalon/Al—Ni合金复合材料直到400℃其抗拉强度仍未下降。由热压铸造的方法制得的铝基复合材料可以制作飞机、小汽车部件、普通机械零件及体育用品等。

Nicalon纤维增强Al基复合材料很有希望用作飞机结构材料，目前用钛制作的某些构件可以用纤维增强铝复合材料构件来代替，使机体轻量化，降低燃料消耗。当马赫数为2.5，发动机、机翼以及起落架机体表面温度升高达210℃时，无法应用铝合金，必须采用钛合金，增加了重量（Ti的比重是4.5，超硬铝是2.7），因此，在100～300℃使用钛合金的部位改用Nicalon/A1复合材料，除减重外，还可耐热。法国的研究者用Nicalon SiC纤维及其编织物增强Al作微波吸收材料，该材料轻质高强，耐热性好，是一种很有前途的吸波材料。英国航天工业局（AEA）将40vol%的连续SiC纤维增强陶瓷基复合材料用于新型航天飞行器获得成功，该材料用热压或热等静压成型，既轻又坚固，能承受强大的空气动压力，还能经受航天器重返大气层时的极高温度，能满足航天器的严格要求，且成本低廉，使用方便，是钛合金和镍基耐热合金的理想替代物。美国德克斯特朗特种材料公司生产的SiC/Si3N4陶瓷材料在1370℃时抗拉强度超过276MPa，用于火箭发动机航天飞机等的隔热瓦等。法国“幻影”2000战斗机的M53发动机鱼鳞板内侧也采用了SiC/Si3N4陶瓷基复合材料。(www.xing528.com)

SiC纤维增强聚合物复合材料的研究也取得了较大进展。Nicalon单向增强环氧树脂复合材料特性见表2-35。与碳纤维FRP（纤维增强聚合物）相比，Nicalon FRP具有较高的压缩强度、较高的冲击强度和优异的耐磨损性。

表2-35　SiC/Al单向增强环氧树脂复合材料的特性

3.硼纤维　硼纤维是应航空航天领域对材料日益严苛的要求而发展起来的，它是最早应用于高级复合材料的增强体。硼纤维的特点在于：它比玻璃纤维的弹性模量高5～7倍，而且拉伸强度和压缩强度也高；不仅可以以纤维形式使用（如硼纤维与锦纶或芳纶的编织罩），而且可以作为环氧树脂、铝和钛的增强体。硼纤维的主要问题是价格昂贵，因为CVD法制造纤维的生产率很低。另外，硼纤维是对表面损伤非常敏感的脆性纤维，且易氧化分解，需在纤维表面进行某些特殊的处理。

纤维状的硼首先是由Weintrub通过卤化硼与氢在加热的钨丝载体上反应的方法获得的。直到1959年Tally使用卤化物反应的工艺获得了高强度的无定形硼纤维，才带动了硼纤维制造的真正推动力。这种工艺是以氢气为还原剂，由三氯化硼还原出硼沉积并包裹在移动的炽热载体上，形成硼纤维。通过化学气相沉淀制备硼纤维包括氢化硼热分解法和卤化硼发应法两种方法。

硼纤维的结构和组织取决于硼的沉积条件、温度、气体的成分、气态动力学等。反应室中的温度梯度和气体中的微量杂质，将不可避免地引起工艺过程的波动。电压的起伏、气流的不稳定或者其他操作的变化，都会引起工艺过程的不一致性，从而对硼纤维的结构和组织产生显著影响。

硼纤维的模量比S玻璃纤维高4～5倍。通常生产直径为100μm和142μm的硼纤维，拉伸强度为3.8GPa左右；一些特制的、特大直径的硼纤维在化学抛光之后性能有所改善。如果进一步将硼纤维表面轻微化学抛光，硼纤维的弯曲强度可提高近1倍（约14GPa）。

硼纤维复合材料（主要包括硼纤维增强塑料和硼纤维增强金属）最初用于罗克韦尔国际公司的B1轰炸机和格拉玛公司的F14战斗机（水平尾翼），B/Al的韧性是铝合金的3倍，重量仅是铝合金的2/3。

硼纤维与铝复合时一般带有SiC涂层，以避免硼纤维与铝、镁等基体之间产生有害界面反应。硼纤维增强铝复合材料板材和型材通常采用扩散结合工艺制造。硼纤维增强钛时需经B4C涂层，基体通用Ti-6Al-4V或Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al。硼纤维增强钛复合材料主要用于制作航空发动机压气机叶片和工作温度为550～650℃的耐热零件。然而硼纤维受其价格高的限制而未获得更广泛的应用。

二、天然纤维

天然纤维复合材料由天然纤维和树脂基体组成，天然纤维是细长形的细胞集合体，包括矿物、动物和植物纤维，性能好的天然纤维都用来制作复合材料，木质微粒板和刨花板是最早广泛使用的天然纤维复合材料，至今为止在应用和科研方面都是相当成功的，然而，环境生态平衡要求较高的森林覆盖率，而人们的日常生活需要大量的木材，迫使森林面积逐年减少，原木紧缺成了世界性问题。

人们希望将绿色复合材料作为传统强化材料（如不饱和聚酯玻璃纤维强化材料等）的替代品。但竹、麻纤维内还含有很多纤维素以外的物质，导致其实际强度和弹性模量比玻璃纤维低。如果将未经处理的竹、麻纤维直接应用于绿色复合材料，将很难提高强化材料的性能。因此，绿色复合材料的开发方针是寻求天然纤维的改性方法，以使其达到或接近玻璃纤维的特性。

总的来说，开发和研究可降解复合材料，除了可以缓解石油短缺和环境污染问题外，其还具有如下特点：增强体植物纤维和树脂基体基质来源广泛，而且是可再生资源，材料的成本低；改善了材料的性能，拓宽了应用领域；废弃后可自行降解，甚至可以在一定的生物和温湿度条件下，加快降解速度，对环境不会产生负担，有助于环保；质量轻，有助于降低能源的消耗，比如应用于汽车与飞机内饰，降低质量对汽车与飞机运行的成本控制起到很大的作用，同时能减少能源的消耗。

天然植物纤维如麻纤维、椰壳纤维、稻草纤维、甘蔗渣、麦秆纤维、竹和棉纤维等作为增强材料，以其质轻、价廉、可再生和可生物降解等特点，充分体现了环境友好性和人类亲和性。从资源利用及环境保护的角度考虑，不但可以作为木材的替代品，还可以部分取代玻璃等合成纤维。特别是在民用方面，天然纤维复合材料作为结构材料和非结构材料已占有一定的地位，并且还将有广阔的发展前景。

（一）天然植物纤维的性能

天然植物纤维的主要组分是纤维素、半纤维素和木质素。

麻系纤维和竹系纤维等纤维素含量较高的纤维，其微纤丝的取向角较小；而纤维素含量较低的椰子纤维，其微纤丝的取向角较大。常用于制作服装、床上用品的亚麻、苎麻等纤维的木质素含量较少，而常用于制作绳子、麻袋的剑麻、黄麻等纤维的木质素含量较多。

表2-36是各种天然植物纤维的力学性能。所有构成天然植物纤维的物质中，纤维素的强度最高，且纤维素含量越高，纤维的强度越高，但由于微纤丝沿细胞轴呈螺旋状排列，纤维的强度随取向角的变化而变化。纤维素含量越高、微纤丝取向角越小，纤维的强度越高。由表2-36还可以知道，不仅仅是强度，纤维的杨氏模量也与微纤丝取向角密切相关。苎麻、大麻和竹等纤维的杨氏模量较大，可与玻璃纤维相匹敌。虽然部分纤维强度不够，但可以作为低强度强化塑料的替代品。

表2-36　主要天然植物纤维的机械性能

一般来说，天然植物纤维是亲水的，而聚丙烯PP（Polypro-pylene）和聚乙烯PE（Polyethylene）等热塑性树脂则是疏水的，因此，两者间缺乏亲和性导致黏附力欠佳。以往的研究中，在以纤维素为主要组分的纸浆与聚丙烯的合成过程中，以无水马来酸酐改性聚丙烯（Maleic anhydride modified polypropylene, MAPP）为黏合剂，界面的黏附性有显著提高。在Felix的研究中，将纤维素浸渍在以甲苯为溶剂的5%MAPP中，处理后的纤维与PP通过注射模塑成型方式进行复合。结果表明，由于MAPP的官能团与纤维表面的羟基发生反应，40%的纤维含量就可使复合材料的拉伸强度增加为原先的两倍。对天然植物纤维也沿用此方法，可改良其与PP树脂间的黏附性，从而提高天然纤维复合材料的实用性。据报道，亚麻纤维经此处理后，亚麻/PP复合材料的拉伸强度提高了50%，断裂强度提高了约100%。

碱处理可大大提高亚麻/PP复合材料的抗弯强度。碱处理对热塑性树脂也很有效，能增强亚麻/环氧树脂复合材料的抗弯强度，以及洋麻和大麻/聚酯复合材料的强度和刚性。硅处理也可以增强大麻或黄麻/MAPP复合材料的界面断裂强度，同时也可提高赫纳昆纤维/聚乙烯复合材料的强度和刚性。此外，经等离子体表面改性可改善木质纤维/PP复合材料的强度和刚性。天然植物纤维作为绿色复合材料的组成要素，其与可生物降解材料间的相容性，比其与PP等合成树脂材料间的相容性要好。这是因为可生物降解材料是亲水性的，尤其是多乳酸类树脂。目前，关于洋麻/PLA复合材料、亚麻/PLA复合材料及竹/PLA复合材料的结构性能，纤维素/PLA复合材料和黄麻/PLA复合材料的制备方法，以及麻蕉（马尼拉麻）/PLA复合材料的可生物降解性的报道较多。也有许多关于木质纤维素类、大豆蛋白类（Soy protein isolate-based resin, SPIR）、玉米淀粉类（Cornstarch-based resin, CSR）等复合材料的应用实例。对于玉米淀粉类材料，其水分散型微粒子可渗透进入纤维内部，而后通过模压成型达到很好的黏附性。如苎麻/玉米淀粉类复合材料和马尼拉麻/玉米淀粉类复合材料经强碱处理后，这种黏附性会更强。碱处理会增强天然植物纤维的延展性。天然植物纤维经浓碱处理（丝光处理）后，可以大幅提高其断裂伸长率。如将大麻、苎麻经丝光处理后，其断裂伸长率可增加2～3倍。丝光处理不仅可以增强纤维的延展性，还可以降低纤维整体的弹性模量，表2-37是纤维素各晶型的弹性模量。

表2-37　纤维素各晶型的弹性模量

丝光处理会使天然纤维发生很大变化，导致纤维韧性和断裂伸长率等力学性质的变化，由此可以挖掘绿色复合材料的新特性。

（二）应用举例

1.麻纤维　在各种天然纤维中，麻类纤维除同样具有价格低廉、可再生性好、分布广等特点外，还具有高的拉伸强度，可称为高性能天然纤维。同时，麻纤维微观结构独特，连续长度较长，具有较好的加工和工艺性，这些都是其受到重视的原因。麻最早产于我国，是我国著名的传统特产和重要的经济作物，品种有100余种之多，世界上主要麻类作物在我国均有种植，并且形成北有亚麻，南有剑麻，东有大麻，西有罗布麻，中有苎麻，大部分地区有洋麻、黄麻的格局。麻类纤维包括一年生或多年生草本双子叶植物的韧皮纤维（如芝麻、亚麻等）和单子叶植物的叶纤维（如剑麻、凤梨麻等）。麻纤维结构具有独特性，它的横截面为有中腔的腰圆形或多角形，纵向有横节和竖纹。

麻纤维具有较高的比强度和比模量，适合作为复合材料的增强体。表2-38列出了天然纤维和其他传统增强纤维的性能比较。

表2-38　天然纤维与传统增强纤维的性能比较

国外对麻纤维复合材料及其制品的研究开发工作开展较早、较多，目前已经把麻类纤维大量用作木材、玻璃纤维的替代品来增强聚合物基体，用作建筑工业中的防火隔声材料、装潢材料、水泥模板，包装工业中的生态包装材料、缓冲材料，汽车工业中的内装饰板材、车用零部件等材料，以及其他功能材料等。其中对麻纤维在汽车加固材料上的应用的研究已经取得了较大进展，并逐步走向产业化。

麻类纤维增强复合材料主要用于汽车行业，比如Bnez和Ford等汽车公司，亚洲以印度等国的研究工作为主，采用黄麻、剑麻、亚麻纤维及竹纤维作为增强材料，与热固性和热塑性聚合物复合，制成天然纤维聚合物复合材料制品，已开始工程应用。

2.竹纤维　竹子属于禾本科竹亚科植物，主要分布在热带、亚热带和暖温带，已知全球约150属，1200多种，是继木材之后的第二大天然纤维材料。我国竹资源相当丰富，竹材种类繁多，大部分适合加工利用，竹林蓄积量居世界首位，素有“竹子王国”之称。竹材经过机械碾鞣、切削加工可得到竹纤维，竹纤维主要由纤维素、木质素、戊聚糖、果胶等组成。不同的竹纤维，其化学成分和纤维形态参数都不同，纤维形态细长，细胞壁薄而大，纤维柔韧性好，相互间易于结合，因此，具有较好的缠绕、交织能力，纤维间的结合强度较大。

表2-39比较了竹纤维与其他植物纤维、玻璃纤维的力学性能，竹纤维的抗拉强度和弹性模量均居麻纤维之间，低于玻璃纤维，但是其相对比重与其他纤维差距较大，这就意味着在相同质量条件下，竹纤维绿色复合材料的力学性能强，比强度高。

表2-39　竹纤维与其他植物纤维、玻璃纤维的力学性能比较

3.甘蔗渣　甘蔗渣是蔗糖工业的废弃物，经过暖风干燥、粉碎之后，其针状外观与玻纤很相似。CaD等人使用甘蔗渣纤维和生物降解树脂制备了绿色复合材料，分析了甘蔗渣纤维的碱处理对其绿色复合材料的影响，研究了纤维质量分数和长度对材料弯曲模量的影响，并探讨了利用COX剪滞修正模型对材料弯曲模量的预测。实验中使用碱处理前后的甘蔗渣纤维，处理前后纤维长度均为9.13mm，直径由0.49mm减小到0.39mm；使用的生物降解树脂为CP-300，其本体是悬浊液，经过105℃蒸发水分、干燥冷却后，切断成尺寸为1.5mm、2mm的粒状物备用。碱处理时将一定量的甘蔗渣纤维分别浸入浓度为1%、3%、5%的碱液中，在25℃处理2h，经水洗脱碱、酸浴脱碱、水洗至中性后，在70℃干燥72h。将预备好的一半纤维投入成型模具中，随后加入粒状树脂，最后投入剩下的纤维。在160℃加压10MPa保持10min，随后冷却取出。结果表明，由1%碱液处理纤维制备而得的材料的拉伸强度和弯曲强度显示出最大值。在纤维的处理过程中，半纤维素因与碱溶液反应而被去除，纤维束出现分解细化，纤维的直径变小，纤维表面得到改善，处理后纤维的拉伸强度与长径比得到了提高。对比碱处理甘蔗渣前后复合材料的力学性能，材料的拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度平均提高了约13%、14%以及30%。电镜扫描图像观察表明，成型前纤维的蜂窝状结构，在成型后受到压缩而形成新的致密结构。纤维的压缩变形提高了纤维本体的力学性能，同时促进树脂对纤维的渗透，导致材料的力学性能增强。随着纤维质量分数或纤维长度增加，材料的弯曲模量呈递增趋势，当纤维长度小于3mm时，长径比变小导致材料的弯曲模量大幅下降。

4.棉纤维和羽毛纤维　棉纤维和羽毛纤维绿色复合材料的制备关键是有效处理和利用具有生物分解性能的纤维废弃物。Kimura等利用注射成型技术制备了以棉纤维、非织造布和生物降解树脂PBS组成的绿色复合材料，分析了材料的力学性能和土壤生物降解性能。研究中使用纺织工厂废弃的棉纤维和片状裁断非织造布，使用纤维状生物降解树脂PBS；成型前按实验要求直接将棉纤维和树脂纤维混合后投入注射成型机，在拟定的成型温度和压力下注射成型，制备出的绿色复合材料外观良好，其拉伸强度和杨氏模量随纤维质量分数的增加而增大。土壤生物降解实验表明，添加了纤维的绿色复合材料的降解速率高于单纯由生物降解树脂制备而得的对比试验片，说明纤维能够促进材料的降解。实验进一步显示，随着降解速率的提高，材料的拉伸性能和疲劳强度也急速降低，其原因是材料因降解出现纤维和基材表面剥离，降低了纤维与基材间的界面黏结性能，导致材料性能的降低。此外，Kimura等还探讨了利用绢、丝以及羽毛废弃物与生物降解树脂PLA复合，用热压成型制备绿色复合材料，分析材料的各种力学性能。其中，羽毛废弃物来自制被工厂，羽毛和纤维状纤维切断成长度为5mm、10mm的短纤维，随后与水混合置于工业搅拌机中制成浆，利用造纸技术制成片状手抄纸，干燥后制备成层积绿色复合材料。材料的抗冲击性能随干羽毛纤维的添加而增强，随着纤维体积分数的增加，材料的吸湿性也逐渐增加。